Собственные и примесные полупроводники

Величина и тип электропроводности полупроводников зависят от природы и концентрации примеси, в том числе специально введенной (легирующей).

Концентрация легирующей примеси обычно незначительна, на­пример у Ge она составляет один атом на Ю¹⁰—10¹² атомов полупро­водника. В этой связи все полупроводники можно разбить на две группы: собственные и примесные.

Собственные полупроводники не содержат легирующие примеси; к ним относятся высокой степени чистоты простые полупроводники: кремний Si, германий Ge, селен Se, теллур Те и др. и многие полу­проводниковые химические соединения: арсенид галлия GaAs, анти- монид индия InSb, арсенид индия InAs и др.

Примесные полупроводники всегда содержат донорную или ак­цепторную примесь (см. гл. 8.2.3). В производстве полупроводниковых приборов примесные полупроводники используют чаще, поскольку в них свободные носители заряда образуются при более низких темпера­турах (чем в собственных полупроводниках), которые отвечают рабо­чему интервалу температур полупроводникового прибора.

Электропроводность собственных полупроводников

В собственных полупроводниках при достаточности тепловой энергии решетки или в результате внешнего энергетического воздей­ствия электрон(ы) перейдет(ут) из валентной зоны (ВЗ) в зону про­водимости (ЗП) и станет(ут) свободным(и). Необходимая для этого перехода энергия определяется шириной запрещенной зоны (33) —

Рис. 8.1. Энергетические диаграммы полупроводников:

А — полупроводник без лигирующей примеси; б — полупроводник (р-типа) с акцепторной примесью; в — полупроводник (я-типа) с донорной примесью; AWa — энергия активации (образования) дырок в ВЗ полупроводника за счет перехода электронов на уровни акцептор­ной примеси; AWa — энергия активации электронов — энергия, необходимая для перехода электронов с уровней донорной примеси в ЗПполупроводника

AW полупроводника; например для кремния AfV = 1,12 эВ (см. табл. 8.2). При комнатной температуре эта энергия может возникать вследствие флуктуаций тепловых колебаний решетки (средней теп­ловой энергии решетки для такого перехода недостаточно). С уходом электрона в ЗП в валентной зоне остается свободным энергетиче­ский уровень, называемый дыркой, а сама ВЗ становится не полно­стью заполненной (рис. 8.1, а). Электрон имеет отрицательный за­ряд, дырку принято считать положительно заряженной частицей, численно равной заряду электрона.

Таким образом, в кристалле образуется пара свободных носите­лей заряда — электрон в ЗП и дырка в ВЗ, которые и создают соб­ственную электропроводность полупроводника, тип которой элек- тронно-дырочный.

В отсутствие внешнего электрического поля электрон и дырка совершают тепловые хаотические движения в пределах кристалла, а под действием поля осуществляют дополнительно направленное движение — дрейф, обусловливая тем самым электрический ток. Если концентрации свободных электронов и дырок равны между со­бой, то подвижность у них различна. В результате более низких зна­чений эффективной массы и инерционности при движении в поле кристаллической решетки свободные электроны более подвижны, чем дырки. Поэтому собственная электропроводность полупровод­ников имеет слабо преобладающий электронный тип.

Дата добавления: 2015-08-09